Сонечная энергія, як вядучае рашэнне для атрымання чыстай энергіі, прыцягнула значную ўвагу з боку галіны. Калі вам цікава, давайце паглыбімся ў структуру сонечных элементаў і звязаных з імі фотаэлектрычных матэрыялаў.
Сонечная энергія, якую часта называюць сонечнымі элементамі, непасрэдна пераўтварае сонечнае святло ў электрычнасць. У сонечных панэлях фатоны сонца выбіваюць электроны з атамных сувязей паўправадніковых матэрыялаў. Калі гэтыя электроны прымушаюцца рухацца ў адным кірунку, яны генеруюць электрычны ток, які можа альбо сілкаваць электронныя прылады, альбо паступаць у электрычную сетку.
З таго часу, як французскі фізік Аляксандр-Эдмон Бекерэль упершыню выказаў тэарэтызм фотаэлектрычнай тэхналогіі ў 1839 годзе, вытворчасць сонечнай энергіі стала ключавой тэмай даследаванняў. Сёння, калі буйныя даследчыя групы з ЗША, Японіі і Еўропы паскараюць камерцыялізацыю сваіх сонечных сістэм, міжнародны рынак фотаэлектрычнай прамысловасці працягвае пашырацца.
Фотаэлектрычныя модулі
Нягледзячы на тое, што матэрыялы ў фотаэлектрычных сістэмах адрозніваюцца, усе модулі складаюцца з некалькіх слаёў, пачынаючы ад пярэдняга і задняга боку. Сонечнае святло спачатку праходзіць праз ахоўны пласт (звычайна шкло), а затым праз празрысты кантактны пласт у саму ячэйку. У цэнтры модуля знаходзіцца паглынальны матэрыял, які захоплівае фатоны для генерацыі электрычнага току. Тып паўправадніковага матэрыялу, які выкарыстоўваецца, залежыць ад канкрэтных патрэб фотаэлектрычнай сістэмы.
Пад паглынальным матэрыялам знаходзіцца задні металічны пласт, які замыкае электрычны ланцуг. Пад металічным пластом знаходзіцца кампазітны плёнкавы пласт, які воданепранікальны і ізалюе модуль. Фотаэлектрычныя модулі часта абсталяваны дадатковым ахоўным падкладным пластом са шкла, алюмініевага сплаву або пластыка.
Паўправадніковыя матэрыялы
Паўправадніковымі матэрыяламі ў фотаэлектрычных сістэмах могуць быць крэмній, полікрышталічныя тонкія плёнкі або монакрышталічныя тонкія плёнкі. Да крэмніевых матэрыялаў адносяцца монакрышталічны крэмній, полікрышталічны крэмній і аморфны крэмній. Монакрышталічны крэмній з яго рэгулярнай структурай мае больш высокую эфектыўнасць фотаэлектрычнага пераўтварэння, чым полікрышталічны крэмній.
У аморфным крэмніі атамы крэмнію размеркаваны выпадковым чынам, што прыводзіць да больш нізкай эфектыўнасці пераўтварэння ў параўнанні з монакрышталічным крэмніем. Аднак аморфны крэмній можа захопліваць больш фатонаў, і яго сплаўленне з такімі элементамі, як германій або вуглярод, можа палепшыць гэтую ўласцівасць.
Дыселенід медзі і індыя (CIS), тэлурыд кадмію (CdTe) і тонкаплёнкавы крэмній з'яўляюцца распаўсюджанымі полікрышталічнымі тонкаплёнкавымі матэрыяламі. Высокаэфектыўныя матэрыялы, такія як арсенід галію (GaAs), часта ўключаюць у сябе тонкія плёнкі монакрышталічнага крэмнію. Гэтыя матэрыялы выбіраюцца для канкрэтных фотаэлектрычных прымяненняў на аснове унікальных уласцівасцей, такіх як крышталічнасць, памер забароненай зоны, паглынальныя здольнасці і лёгкасць апрацоўкі.
Знешнія фактары, якія ўплываюць на паўправаднікі
Размяшчэнне атамаў у крышталічнай структуры вызначае крышталічнасць паўправадніковых матэрыялаў, што непасрэдна ўплывае на перанос зарада, шчыльнасць току і эфектыўнасць пераўтварэння энергіі сонечных элементаў. Шырыня забароненай зоны паўправадніковых матэрыялаў адносіцца да мінімальнай энергіі, неабходнай для перамяшчэння электронаў з звязанага стану ў свабодны (што дазваляе праводнасць). Шырыня забароненай зоны, якую звычайна пазначаюць як Eg, апісвае розніцу энергій паміж валентнай зонай (нізкая энергія) і зонай праводнасці (высокая энергія).
Каэфіцыент паглынання вызначае адлегласць, на якую фатон пэўнай даўжыні хвалі можа пранікнуць праз асяроддзе, перш чым паглынецца. Ён вызначаецца матэрыялам ячэйкі і даўжынёй хвалі паглынутага фатона.
Кошт і лёгкасць апрацоўкі розных паўправадніковых матэрыялаў і прылад залежаць ад шматлікіх фактараў, у тым ліку ад тыпу і маштабу выкарыстоўваных матэрыялаў, вытворчых цыклаў і міграцыйных характарыстык ячэйкі ў камеры нанясення. Кожны фактар адыгрывае вырашальную ролю ў задавальненні канкрэтных патрэб фотаэлектрычнай генерацыі.
